مضخة حرارية جيوثيرمية

مضخة حرارية جيوثيرمية كما تُعرف باسم مضخة حرارية للحرارة الجوفية أو مضخة حرارية ذات مصدر أرضي (جي إس إتش بّي) هي نظام تدفئة و/أو تبريد مركزي ينقل الحرارة من باطن الأرض.

تستخدم الأرض باستمرار، دون انقطاعات، كمنبع حراري (في الشتاء) أو مصرف حراري (في الصيف). يستغل هذا التصميم درجات الحرارة المعتدلة في جوف الأرض لزيادة المردود وتقليل التكاليف التشغيلية لأنظمة التبريد والتدفئة، ويمكن دمجها مع تدفئة شمسية لتشكيل نظام جيوشمسي (شمسي-أرضي) بمردود أعلى من ذلك حتى. تعرف أيضًا بأسماء أخرى، منها أنظمة التبادل الأرضي والطاقة الأرضية. يفضل المجتمعان العلمي والهندسي مصطلحات «التبادل الأرضي» أو «المضخات الحرارية ذات مصادر حرارية أرضية» لتفادي الخلط مع أنظمة الكهرباء الحرارية الجوفية التقليدية، التي تستخدم منبع حراري ذا درجة حرارة مرتفعة لتوليد الكهرباء. تحصد المضخات الحرارية الجيوثيرمية الحرارة الممتصة على سطح الأرض من الطاقة الشمسية. درجة الحرارة تحت الأرض بستة أمتار تعادل تقريبًا درجة حرارة الجو الوسطية السنوية الموافقة لخط العرض عند السطح.

اعتمادًا على خط العرض، تبقى درجة الحرارة تحت الأمتار الستة العليا (20 قدم) من سطح الأرض ثابتةً تقريبًا بين 10 إلى 16 درجة مئوية (50 و60 درجة فهرنهايت)، إذا لم يؤثر على درجة الحرارة وجود مضخة حرارية. تستخدم هذه الأنظمة، كما في الثلاجة ومكيف الهواء، مضخة حرارية لنقل الحرارة قسريًّا من جوف الأرض. يمكن لمضخات الحرارة نقل الحرارة من مكان بارد إلى مكان دافئ، بعكس الاتجاه الطبيعي للتدفق الحراري، أو يمكنها تعزيز التدفق الطبيعي للحرارة من منطقة دافئة إلى أخرى باردة. نواة المضخة الحرارية حلقة من وسيط التبريد يُضخ من خلال دورة تبريد انضغاطية تبخيرية تحرك الحرارة. تكون المضخات الحرارية ذات المصادر الهوائية عادةً أكثر فعالية في التسخين من السخانات الكهربائية الصرفة، حتى عند استخراج الحرارة من هواء الشتاء البارد، لكن تبدأ المراديد بالانخفاض بشكل كبير عند انخفاض درجة حرارة الجو الخارجي عن 5 درجات مئوية (41 درجة فهرنهايت). تتبادل مضخة الحرارة ذات المصدر الأرضي الحرارة مع باطن الأرض. هذا أكثر فعاليةً طاقيةً بكثير لأن درجات الحرارة في باطن الأرض أكثر استقرارًا من درجات حرارة الهواء خلال العام. تختفي التغيرات الموسمية تدريجيًّا مع العمق إلى أن تنعدم كليًّا تحت 7 أمتار (23 قدمًا) إلى 12 مترًا (39 قدمًا) بسبب العطالة الحرارية. كما في الكهوف، درجة حرارة الجوف القريب من السطح أدفأ من الهواء في الأعلى خلال الشتاء وأبرد منه خلال الصيف. تستخرج المضخة الحرارية ذات المصدر الأرضي حرارة باطن الأرض في الشتاء (للتدفئة) وتنقل الحرارة مجدّدًا إلى جوف الأرض في الصيف (للتبريد). بعض اتلأنظمة مصممة للعمل بوضع تشغيل واحد فقط، تدفئة أو تبريد، حسب المناخ.

تصل أنظمة مضخات الحرارة الباطنية معاملات أداء مرتفعة جدًّا، 3 إلى 6، في أبرد ليالي الشتاء، مقارنةً بـ1.75-2.5 لمضخات الحرارة ذات المصادر الهوائية في الأيام الباردة. تعتبر المضخات الحرارية ذات المصادر الأرضية من بين أكثر التكنولوجيات كفاءةً طاقيةً لتوفير أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (إتش فّاك) وتسخين المياه.

التكاليف التأسيسية أعلى منها في الأنظمة التقليدية، لكن الفرق يُسترجع عادةً عن طريق التوفير في الطاقة خلال 3 إلى 10 سنوات. تُضمن أنظمة المضخات الحرارية الجيوثيرمية من قبل المصنعين، ويقدر عمرها التشغيلي ب25 سنة للقطع الداخلية و50 سنة فأكثر للدارة تحت الارضية. اعتبارًا من عام 2004، هناك ما يفوق مليون وحدة مركبة حول العالم توفر 12 غيغاواط من القدرة الحرارية، بمعدل نمو سنوي 10%.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.